JPS63182620A

JPS63182620A - バリフオ−カルレンズ制御装置

Info

Publication number: JPS63182620A
Application number: JP1334587A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Ono; 好美大野; Takayuki Hatase; 貴之畑瀬
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1987-01-24
Filing date: 1987-01-24
Publication date: 1988-07-27
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JP2824766B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（ａ）　　技術分野本発明は、バリフォーカルレンズ制御装置に関し、より
詳細には、同一光軸上に配設された変倍レンズ群および
合焦レンズ群からなる変倍光学系の該合焦レンズ群を至
近距離から無限遠距離に至る被写体距離に対応する上記
光軸上の至近位置から無限遠位置までの間の合焦位置に
設定した後、上記変倍レンズ群により上記変倍光学系の
全系焦点距離を最短焦点距離と最長焦点距離との間の任
意の第１の焦点距離から第２の焦点距離へ更新させるこ
とに伴い同一被写体に対し結像位置ずれを生ずるバリフ
ォーカルレンズに関するものである。

（ｂ）　　従来技術ズームレンズは、ズーミングの操作をしても結像位置ず
れ（いわゆるピント移動あるいはピントずれ）がないた
め、ズーミング操作毎にピント調整をする煩わしさがな
く操作性がよい反面、単焦点レンズに比べて開放絞りＦ
ナンバーが暗いため、例えば−眼レフレックス式ファイ
ンダによるピント調整（合焦操作）にある程度の熟練が
必要とされる。近年、カメラのＡＦ化が進み、この問題
を解決したことによってズームレンズ本来の機動力が発
揮できるようになり、操作者（ユーザ）は作画意図に沿
って構図の決定のみに注意を集中することができるよう
になり、頗る操作性が向上した。

一般にズームレンズのフォーカシング（合焦操作）は、
変倍光学系の一部に配設されたフォーカシングレンズ群
の移動によって行なわれている。

そして、ズームレンズは、全ズーム域において同一被写
体距離に対してこのフォーカシングレンズ群の移動量が
ほぼ同一である（以下、このことをｒ等量移動」と呼ぶ
）という利点を有し、従って被写体距離目盛をフォーカ
シングレンズ群の移動部材（距離リング）に付設し、一
方これと隣接して配設される固定リングに指標を付設す
るだけでよく、ズーミングに応じて被写体距離目盛を変
化させる必要がないという利点がある。しかしながら、
上記変倍光学系のレンズ構成によっても異なるが、特に
後述するインナーフォーカシング方式およびリアーフォ
ーカシング方式のズームレンズでは、」二連の等量移動
が実現するという条件の下で光学設計を行なう場合、レ
ンズ構成が複雑化するという問題があった。さらに広角
側におけるフォーカシングレンズ群の移動量（繰出量）
が不必要に大きくなるという問題があった。すなわち、
単焦点のレンズと対応させてみると、例えば１４０＋ｎ
ｍの望遠レンズにおけるフォーカシングレンズ群の移動
量が】−６ｍｍのとき３５＋ｍ＋の広角（短焦点）レン
ズにおける該移動量は、ｌｌＩｎ程度でよいのに対し、
ズーム比が４倍であるズームレンズの場合、上記等量移
動という条件があるため、広角側においてもやはり１６
ＩＩｎのストロークを必要とするのである。またこのこ
とに起因してレンズの外径が大きくなり、レンズおよび
鏡筒が高重量化するという問題もある。

さて、上記ＡＦ化において重要な要素となるフォーカシ
ング方式について述べる。

（ｉ）フロントフォーカシング方式この方式は、ズームレンズにおいて最も多く用いられて
おり、変倍光学系の被写体側に設けた前群（前玉）の繰
出しによってフォーカシングを行なう方式である。

第７図にこのフロントフォーカシング方式の薄肉近似に
よる構成を示す。第７図において、Ｆはフォーカシング
レンズ群、Ｚはズームレンズ群、Ｆｍはフィルム面、ｄ
ｌは被写体距離、ｄ、、は被写体距離ｄ、が無限遠でフ
ィルム面Ｆｍ上にピントが合ったときの上記両レンズ群
Ｆ、Ｚの間隔、ｄ３はズームレンズ群Ｚからフィルム面
Ｆｍまでの距離、ｆＦはフォーカシングレンズ群Ｆの焦
点距離、ｆｚはズームレンズ群Ｚの焦点距離、Δはフォ
ーカシングレンズ群の移動量である。尚、ズーム操作に
よってフォーカシングレンズ群Ｆとズームレンズ群Ｚが
光軸方向に移動し、フォーカシング操作によってフォー
カシングレンズ群Ｆが同じく光軸方向に移動するように
構成されている。

このように構成されたフロントフォーカシング方式のレ
ンズ構成を薄肉で近似すると（４）式が成立する。

Δ２＋Ｇ、（ｄｌ　、ｄ、、ｄ３　、ｆｚ　）Δ＋０２
（ｄ□　＋　　ｄｚ　　＋　　ｄ３　＋　　ｆＦ　ｔ　
　ｆｚ　）＝Ｏ（４）そこで、第７図に示す変倍光学系
の全系の焦点距離をｆとし、被写体距離ｄ１が間隔ｄ２
および距離ｄ、よりもはるかに大きいとすると、（５）
式の成立することが知られている。

また、次の（６）式が全系の焦点距離ｆの関数になって
いなければ、上述の等量移動が実現されることになる。

一方、光学的にはニュートンの式により（６）式の右辺
第２項は、と表わすことができるので、フロントフォーカシング方
式の場合、下記（８）式のようになる。

８一つまり、変倍操作によってフォーカシングレンズ群Ｆの
焦点距離ｆＦが変化しないようにフォーカシングレンズ
群Ｆを構成すれば、（８）式の右辺は定数項となり、上
記等量移動が実現するのである。先に触れたが、このフ
ロントフォーカシング方式がズームレンズにおいて多用
される理由は、上記等量移動が、特別な設計を要するこ
となく自然的に実現し得ることにある。しかしながら、
ｆ＝３５〜１３５ｍｍ程度の高倍率ズームレンズにフロ
ントフォーカシング方式を用いた場合、」二連した広角
側でのフォーカシングレンズ群Ｆの不必要に大きい移動
量、被写体距離の変化による収差変動および周辺光量確
保のためのフォーカシングレンズ群Ｆのレンズ外径の増
大など対処困難な問題がある。また、上記３５〜１３５
ｍ程度のズームレンズでは、レンズ構成が４〜５群の群
移動方式が一般に用いられ、鏡胴の構成が複雑化するば
かりでなく、この複雑化した鏡胴構成を介して、上述し
た大口径（従って重量も大きい）のフォーカシングレン
ズ群を制御するのには、大きなトルクを有するモータを
使用しなければ、制御スピードが低下するという大きな
問題を発生する。またこの制御の手段としてカムを用い
た機械的な補正方法もすでに提案され実用に供されてい
るが、この方法ではさらに鏡胴構成が複雑化するという
問題がある。

（…）インナーフォーカシング方式近年、このインナーフォーカシング方式が採用される傾
向にある。その理由は、カメラ本体側にフォーカシング
用モータを内蔵している一眼レフレックスカメラ等にお
いて、カメラ本体に近いレンズ群を駆動することになり
、駆動機構部の構成上有利だからである。また、一般に
ズームレンズの変倍光学系においては、被写体側のレン
ズよりも内側（インナー）のレンズの外径が小さく重量
も小さい。つまり小型軽量なので、上記駆動機構部の各
部材の強度を低減化でき、構成も簡略化でき、駆動機構
部の機械的負荷が小さくなって合焦状態に至るまでの所
要時間が短くなるという利点がある。また光学的にもイ
ンナーフォーカシング方式のレンズは合焦のための移動
量が小さいという特性がある。

第８図は、このインナーフォーカシング方式のズームレ
ンズの構成を示し、ｚｌは前側ズームレンズ群、Ｆはフ
ォーカシングレンズ群、Ｚ２　は後側ズームレンズ群、
Ｆｍはフィルム面、ｄｌは被写体距離、ｄｌはｄ１＝ω
でフィルム面Ｆｍにピントが合った場合のフォーカシン
グレンズ群Ｆと後側ズームレンズ群Ｚ２　との間隔、ｄ
ｌは後側ズームレンズ群ｚ２からフィルム面Ｆｍまでの
距離、ｄ４はｄ工＝のでフィルム面に合焦したときの２
１とＦの距離、Δはフォーカシングレンズ群Ｆの移動量
、ｆｚ、は前側ズームレンズ群Ｚ１の焦点距離ｆｚ２は
後側ズームレンズ群Ｚ２の焦点距離、ｆＦはフォーカシ
ングレンズ群の焦点距離である。

尚、上記３つのレンズ群Ｚ１．Ｚ２．Ｆはズーム操作に
よって移動し、フォーカシングレンズ９Ｆはフォーカシ
ング操作によって移動する構成となっている。

このように構成されたインナーフォーカシング１１一方式の変倍光学系を薄肉レンズで近似すると次の（９）
式が成立する。

Δ”　十ｇ□（Ｌ　ｙ　Ｌ　ｅ　ｄａ　ｔ　Ｌ　＋　ｆ
ｚｌ。

ｆＺｚｔ　ｆＦ　）Δ＋ｇｚ　（ｄ□ｙ　ｄｌ　１　Ｌ
　ｌ　ｄ４　ｆｆｚｌ、　ｆｚ２．　ｆＦ）＝ｏ　　　
　　　　　　（９）そして、被写体距離ｄ□が上記各距
離ｄｏｔｄ３．ｄ４よりも十分に大きいとすると、（１
ｏ）式および（１１）式が成立する。

ｆｚ２−ｆ＋ｒ　）　＋　（ｆｔ）”　　　　　　　（
１１）そこで、（９）式を距離ｄ、について偏微分する
と（１２）式となる。

＝Ｏ（１２）さらに（１２）式をδΔ／ａｄ３で整理すると（１３）
式となる。

この（１３）式の右辺に（１０）式および（１１）式を
代入して整理すると（１４）式が得られる。

ただし、上記（１４）式において、βＦはフォーカシン
グレンズ群Ｆの横倍率、ｆは第８図に示す変倍光学系の
全系の焦点距離である。ここで、上述のフロントフォー
カシング方式の説明で示した（５）式との比較をわかり
やすくするために新たな関数ｇ３で表わすと、次の（Ｉ
Ｓ）式ないしは（１６）式のようになる。

インナーフォーカシング方式の場合にも上記等量移動が
実現するためは、フロントフォーカシング方式について
説明したのと同様に（１５）式、（１６）式に示した関
数ｇ３　がズーム操作によって不変となることである。

この関数ｇ３　が完全な定数となるように設計すること
は現実的には不可能であるが、（１５）式右辺の各パラ
メータを適切に設定することにより近似的に実現できる
。

このインナーフォーカシング方式によれば、変倍光学系
の外径はある程度小さくすることは可能であるが、上記
等量移動を実現するという条件の下では、広角側でのフ
ォーカシングレンズ群Ｆの移動量が不必要に大きいとい
うフロントフォーカシング方式が持っていた欠点は相変
らず解決されない。

（ｆｉｔ）リアーフォーカシング方式このリアーフォーカシング方式も、近年好んで採用され
る傾向にある。その理由は、上記（ｉｔ）項で述べたよ
うに、カメラ本体にさらに近いところにフォーカシング
レンズ群Ｆが配設されているので、インナーフォーカシ
ング方式よりもさらに上記駆動機構部が簡略化でき、従
って合焦状態に至るまでの所要時間もさらに短縮できる
ところにある。しかしながら、既述したようにレンズ構
成が複雑化するという問題がある。尚、このリアーフォ
ーカシング方式は、第８図に示すインナーフォーカシン
グ方式の後側ズームレンズ群ｚ２が省略されたものとし
て同様に解析できるので、説明は省略する。

以上述べたようにズームレンズは、単体よりもＡＦ機能
との組合せによって操作性は向上したが、あくまでもズ
ームレンズが持つ上記等量移動の条件から逃がれること
ができないため、コンパクト化、低コスト化の実現が困
難であるという問題が相変らず残されていた。

（ｃ）　　目的本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、その目的
とすることろは、安価にして小型でしかも簡略な光学系
であるバリフォーカルレンズを用いながら、合焦レンズ
群を一旦合焦操作した後、全系焦点距離を最短焦点距離
から最長焦点距離の間の任意の第１の焦点距離から第２
の焦点距離へ更新した場合におけるバリフォーカルレン
ズ特有の結像位置ずれを自動的に補正し得るバリフォー
カルレンズ制御装置を提供することにある。

（ｄ）　　構成本発明は、上述の目的を達成させるため、同一光軸上に
配設された変倍レンズ群および合焦レンズ群からなる変
倍光学系の該合焦レンズ群を至近距離から無限遠距離に
至る被写体距離に対応する上記光軸上の至近位置から無
限遠位置までの間の合焦位置に設定した後、上記変倍レ
ンズ群により上記変倍光学系の全系焦点距離を最短焦点
距離と最長焦点距離との間の任意の第１の焦点距離から
第２の焦点距離へ更新させることに伴い同一被写体に対
し結像位置ずれを生ずるバリフォーカルレンズにおいて
、上記全系焦点距離を検出する焦点距離検出手段と、上
記合焦レンズ群の上記光軸上の位置を検出する合焦レン
ズ群位置検出手段と、上記焦点距離検出手段の出力を受
け当該焦点距離における上記合焦レンズ群の上記無限遠
位置から上記至近位置までの繰出し量を算出する最大繰
出量演算手段と、この最大繰出量演算手段と上記合焦レ
ンズ群位置検出手段の出力をそれぞれ受けてこれらの出
力の比を算出する比例定数演算手段と、この比例定数演
算手段および上記最大繰出量演算手段ならびに上記合焦
レンズ群位置検出手段の出力をそれぞれ受け上記全系焦
点距離の更新に伴って生じる上記合焦位置からの結像位
置ずれ量を補正値として算出する合焦補正演算手段と、
上記合焦レンズ群を駆動する合焦駆動手段と、上記合焦
レンズ群の移動量に対応する信号を発生する移動量監視
手段と、この移動量監視手段および上記合焦補正演算手
段の出力をそれぞれ受けて上記合焦レンズ群を上記合焦
位置に駆動するように制御する合焦制御手段と、上記変
倍レンズ群を駆動する変倍駆動手段と、別途設けられる
起動手段からの起動信号を受けて上記変倍駆動手段を制
御する変倍制御手段とからなり、上記変倍光学系の全系
焦点距離の更新に伴う結像位置ずれを自動的に補正する
ように構成したことを特徴としたものである。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて具体的に説
明するが、それに先立って本発明の根拠となる理論につ
いて述べる。

従来のズームレンズは、変倍操作（全系焦点距離ｆの更
新）によってピント移動しないものと定義されているが
、本発明の理論の出発点として、まず上記ピント移動を
許すことにする（最終的にはこのピント移動を補正して
合焦状態にする）。

そしてピント移動を許すということは、従来技術の項で
示した（５）式においてフォーカシングレンズ群Ｆの焦
点距離ｆＦの変化を許容することとなる。尚、本理論は
、成敗えず、第７図に示すフロントフォーカシング方式
を前提として説明を進める。

一方、ズーミング操作による画角の変化を視覚的にとら
える場合、特にズーミング操作をモータ等によって駆動
する、いわゆるパワーズームを用いた場合、上記モータ
の回転と画角の変化とが線形であるのが自然である。こ
の画角の変化は、上記全系焦点距離ｆの逆数すなわち１
／ｆに略比例するので、モータの回転と上記全系焦点距
離ｆとが比例すれば画角の変化が自然に見える。さらに
この全系焦点距離ｆを検出する手段を想定し、この検出
手段から出力される焦点距離情報ＺＰが上記モータの回
転と比例するように構成されているとすれば、ＣＰｏお
よびＣｐ□を設計時に定められる設定定数として、画角
の変化が自然に見えるための全系焦点距離ｆと焦点距離
情報Ｚｐとの関係は（１７）式のように表わすことがで
きる。

さて、本理論においては、合焦レンズ群としてのフォー
カシングレンズ群Ｆの焦点距離ｆＦの変化は許容したの
で、（５）式の右辺（）中の分母および分子はそれぞれ
独立的に変化する。従って、従来のズームレンズが持っ
ていた等量移動によって生じる広角側でのフォーカシン
グレンズ群Ｆの不必要な移動量を減少せしめ、また、こ
のことをもってレンズ外径を減小せしめ得る全系焦点距
離ｆとフォーカシングレンズ群Ｆの焦点距離ｆＦとの関
係を求める。（５）式右辺かられかるようにその分母が
小さくなる（広角側に近づく）につれて分子も小さくな
るならば、左辺ａΔ／ａｄ３、つまりフォーカシングレ
ンズ群Ｆの移動量が減小する可能性があると予想できる
。さらにｆＦ”ｅｆの関係があれば、全系焦点距離ｆの
変化に対する焦点距離ｆ２の変化量を１／２乗に圧縮で
きるであろうことが予想できる。そこで（１８）１　式
に示す関係を考える。

ｆＦ２＝ＣＦｏ−ｆ　　　　　　　　　　　（１８）た
だし、ここでＣＦ、は上記同様の設定定数である。

（１８）式の両辺に１／ｆ２を乗じた上でその右辺に（
１７）式を代入すると（１９）式が得られる。

よって、新たな設定定数Ｃ□。およびＣ１□を導入すれ
ば、となる。

従って、ＡＦの演算結果であるフィルム面デフォーカス
量δを（２０）式の右辺に乗することによって、フォー
カシングレンズ群Ｆの合焦位置までの移動量Δは、算出
できる。つまり、移動量Δは、 Δ＝　（Ｃ，。’　Ｚｐ　＋　Ｃ１ｔ）　　”δ　　　
　（２１）なる演算式より算出できる。

さて、次に被写体距離の求め方を考える。（８）式に（
１８）式を代入し、新たな設定定数Ｃ２ｏおよびＣ２１
を導入すると（２２）式となる。

そして、（２２）式の両辺の逆数をとると、次の（２３
）式を得る。

ここで、フォーカシングレンズ群Ｆの光軸方向の位置（
移動量）に比例してフォーカス位置情報Ｓｘが出力され
ると仮定し、設定定数をＣ１゜とすると、（２４）式が
得られる。

Ｓ　ｘ　”　Ｃａ　ｏ・Δ　　　　　　　　　　　　（
２４）よって、ｃｎｏ、　Ｃ４１、Ｃ４２を新たな設定
定数とすると、ｄ□　＝（ＣＩ。・ＺＰ十Ｇ４１）・Ｓｘ＋Ｃ４２（２
５）なる演算式により被写体距離ｄ１を求めることがで
きる。

ここで、符号を煩雑にしないために（２５）式を（２６
）式のように書き変える。

Ｄ＝　（Ｃ，−ｚｐ　＋Ｃ，）・ＳＸ　＋Ｃ２（２６）
ここで、Ｄは被写体距離で、Ｄ＝ｄ１．Ｃ，。

Ｃ□、Ｃ２は設計時に定められる設定定数で、それぞれ
Ｇｏ　＝Ｃ４０−Ｃｘ　＝　Ｃ４ｔ、Ｃ２＝Ｃ４２であ
る。つまり、（２６）式において、被写体距離りが変化
しないようにＺｐ　、Ｓｘを制御する手段を実現すれば
、変倍操作によるピント移動をなくす（補正）ことが可
能になる６ただし、フォーカシングレンズ群Ｆの移動量
は上記等量移動とはならない。換言すれば、本理論は、
積極的に等量移動という条件を外した理論であると言え
る。

さて、次に本発明に係るバリフォーカルレンズ制御装置
の実施例の説明に移る。

第１図は、全体の構成を示すブロック図である。

第１図において、１は変倍光学系の光軸、２はこの光軸
１に沿って移動可能に該光軸１上に配設されて上記変倍
光学系を構成する変倍レンズ群で、２ａ　、２ｂ　、２
ｃ　、２ｄ　、２ｅは、それぞれ単独または複数のレン
ズからなる第１群レンズ、第２群レンズ、第３群レンズ
、第４群レンズおよび第５群レンズである。そして第１
群レンズ２ａおよび第２群レンズ２ｂをもって、理論の
説明で述べた合焦レンズ群としてのフォーカシングレン
ズ群Ｆを構成し、従って第１群レンズ２ａおよび第２群
レンズ２ｂから形成される焦点距離はｆＦであり、この
第１群、第２群レンズ２ａ　、２ｂを含み、第３群レン
ズ２ｃ〜第５群レンズ２ｅをもって同じく理論の説明で
述べた変倍レンズ群２を構成し、従ってその焦点距離は
ｆｚである。また当然ながら変倍レンズ群２から成る上
記変倍光学系の全系焦点距離はｆである。３はフィルム
面、４は該全系焦点距離ｆが最長焦点距離としての望遠
側焦点距離（以下単に「テレ側」と略記する）から最短
焦点距離としての広角側焦点距離（以下単に「ワイド側
」と略記する）までの間の任意の焦点距離に設定するた
めに変倍レンズ群２を駆動する変倍駆動手段としての変
倍モータＭｚおよび図示しない機構部から成る変倍駆動
部、５は無限遠から至近に至る被写体距離に対応する光
軸１上の無限遠位置（ｏｏ位置）から至近位置までの間
の合焦位置に第１群レンズ２ａおよび第２群レンズ２ｂ
を駆動する（詳細には、第１群レンズ２ａと第２群レン
ズ２ｂの間隔を一定に保持した状態で光軸方向に移動せ
しめる）合焦駆動手段としてのフォーカスモータＭＦお
よび図示しない機構部から成るフォーカス駆動部、６お
よび７はそれぞれ上記第１２４一群レンズ２ａおよび第２群レンズ２ｂと共に該フォーカ
ス駆動部５に駆動され、このうち、６はスリット円板６
ａが回転駆動されることによってフォトインタラプタ６
ｂからその回転数に比例したパルスを発生し第１群レン
ズ２ａおよび第２群レンズ２ｂの光軸１上の移動量を検
出する移動量監視手段としてのフォーカスカウンタ、ま
た７は第１群レンズ２ａおよび第２群レンズ２ｂの光軸
上の位置に比例した電圧を、理論の説明で述べたフォー
カス位置情報Ｓｘとして出力する合焦レンズ群位置検出
手段としての合焦レンズ群位置検出器（以下ｒＦＰＭＪ
と略記する）、８は変倍レンズ群２と共に変倍駆動部４
に駆動されて上記全系焦点距離ｆに比例した電圧を、理
論の説明で述べた焦点距離情報Ｚｐとして出力する焦点
距離検出手段としての焦点距離検出器（以下ｒＺＰＭＪ
と略記する）、９は上記焦点距離情報Ｚｐを受けてＡ／
Ｄ変換した上で、このＺｐにおけるω位置から至近位置
までの第１群レンズ２ａおよび第２群レンズ２ｂの移動
量（すなわち繰出量）Ｆｐｘを演算する最大繰出量演算
手段としての最大繰出量演算部、１０はこの最大繰出量
演算部９の出力ＦｐｘとＦＰＭ７のフォーカス位置情報
としての出力Ｓｘとを受けて該出力ＳｘをＡ／Ｄ変換し
た上でこれらの比を演算し、比例定数Ｃｆｐを出力する
比例定数演算手段としての比例定数演算部、１１は上記
３つの出力Ｆｐｘ、　Ｃｆｐ、　Ｓｘを受けて合焦させ
るための補正量Ｄｆｐを演算する合焦補正演算手段とし
ての合焦補正演算部、１２はフォーカスカウンタ６の出
力Ｄｆｃおよび上記合焦補正演算部１１の補正量に対応
する出力Ｄｆｐを受けてフォーカス駆動部５を制御する
合焦制御手段としてのフォーカス制御部、１３〜１５は
起動手段を構成し、１３および１４はいずれも変倍動作
を起動する外部操作可能な押ボタンスイッチからなる変
倍スイッチで、１３は倍率アップスイッチ（以下単に「
アップスイッチ」という）、１４は倍率ダウンスイッチ
（以下単に「ダウンスイッチ」という）、１５はこれら
のスイッチ１３．１４の出力を受けて変倍モータＭｚの
回転方向を決定した上で起動信号（ＳＴＲ）を出力する
駆動方向判定部、１６は該起動信号ＳＴＲおよび出力Ｆ
ｐｘを受けて変倍駆動部４を制御する変倍制御手段とし
ての変倍制御部である。尚、＋Ｖは電源を示す。また各
部の入出力関係は主要信号のみを示す。

第２図は、第１図に示した本発明装置の特性を示すグラ
フで、設定すべき全系焦点距離ｆとフォーカシングレン
ズ群（第１群レンズ２ａおよび第２群レンズ２ｂ）の被
写体距離りに対応した繰出量（移動量）を代表的な各被
写体距離りごとに示し、縦軸に全系焦点距離ｆの変化を
、横軸には無限遠に対する合焦位置を基準としてフォー
カシングレンズ群の繰出量を示している。この例におい
ては、テレ位置とはｆ＝１３５ｍｎであり、ワイド位置
とはｆ＝３５ｍ＋＋である。第２図において、１７〜２
２は合焦曲線で、（２６）式において左辺の被写体距離
りをそれぞれω、６．０　ｍ、３．０ｍ、２．０　　ｍ
、１．５　　ｍ、１．２　　ｍと置いたときの焦点距離
情報Ｚｐの変化に対するフォーカシングレンズ群２ａ　
、２ｂの無限遠位置から合焦位置までの繰出量の変化を
示している。従って１合焦曲線２２は最大の繰出量とな
る至近の合焦曲線で、特にこの至近の合焦曲線２２をＦ
ｐｘとする。すなわち、至近の被写体距離りをＤｏ　と
し、５ｘ＝Ｆｐｘとおくと（２６）式は、となり、定数を分離することによって、次式が得られる
。。

さらに、（２８）式においてＣ，１＝Ｃ１，Ｃ，。

（Ｄｏ）二０２．Ｃ１３（Ｄ。）＝Ｃ８とおけば上述の
（１）式、すなわち、が得られる。

第３図は、第１図の動作、特に各演算部の動作を説明す
るための第２図の一部を省略したグラフである。

第３図において、Ｚｐ（ｉ）、　５（ｉ）およびＦｐ（
ｉ）ｕ− は、それぞれ変倍操作をする直前の焦点距離情報（第１
の焦点距離情報）Ｚｐ、フォーカス位置情報Ｓｘおよび
上記Ｚｐ（ｉ）におけるωの合焦曲線１７から至近の合
焦曲線２２までの移動量（最大繰出量）であり、そして
Ｚｐ（ｅ）、　Ｆｐ（ｅ）およびＤｆｐは、それぞれ変
倍駆動部４が動作を開始してから所定時間経過したとき
の焦点距離情報（第２の焦点距離情報）、上記Ｚ　ｐ　
（ｅ）における合焦曲線１７から合焦曲線２２までの移
動量およびピント移動を補正すべき補正量である。つま
り、変倍動作直前の比例定数Ｃｆｐを（２９）式とする
と、このときの至近の合焦曲線は、（３０）式となる。

上記（３１）式においてＣｆｐ’は、所定時間経過後の
比例定数とする。

そしてＣｆＰ＝ＣｆＰ’　が成立するならばピント移動
が発生しない。そのためには（３１）式が成立しなけれ
ばならない。この時の合焦曲線２２は、（３２）式とな
る。従って、（３１）式の左辺をＣｆＰと置き変えて右
辺の分母に（３２）式を代入して整理すると（３３）式
が得られる。尚、（２９）式は（２）式と同一であり、
（３３）式は（３２）式を上述のように（２７）式→（
２８）式→（１）式という変形をすることによって（３
）式と同一となる。５Ｘ（Ｔ）は焦点距離情報ＺＰがテ
レ側の位置にあるときのフォーカス位置情報Ｓｘ、Ｓ　
、　（丁）は上記５ｘ（ｒ）が至近の合焦曲線２２上に
あるときのフォーカス位置情報Ｓｘ　　（つまり５Ｘ（
Ｔ）とＦｐｘの交点）である。尚、２３は上述のように
して描かれる任意の被写体距離における合焦曲線である
。

第４図は、被写体距離の表示を行なう表示器の構成を示
す概念的に示す図で、２４は例えば、鏡胴（図示せず）
の外周に刻設または印刷された被写体の距離を示す数字
および符号、２５は点灯したときに指標の役目をする例
えば液晶等の表示ドツト、２６は各表示ドツト２５に一
対一に対応したドツトアドレスである。焦点距離情報Ｚ
ｐがＡ／Ｄ変換される際の精度が８ビツトだとすると、
テレ位置に２５５、ワイド位置に０を対応させ、フォー
カス位置情報Ｓｘも同様に８ビツトであるとすると、ω
位置に０を、至近位置に２５５をそれぞれ対応させる。

尚、表示ドツト２５は１６個ある。従って、（２７）式より（３４）式、（３５）式、（３６）式が
得られる。（３５）式の右辺分母に（３４）式を変形し
て代入し、（３５）式の右辺分子には（３６）式を変形
して代入し、さらに（２７）３１一式を使って整理すると（３７）式となる。

この式の意味するところは、第３図の説明で述べたと同
様に任意のＺｐにおけるＳｘとＦｐｘとの比がテレ位置
上に規格化された５Ｘ（Ｔ）とＳ　、　（Ｔ）との比に
等しいとき、５Ｘ（Ｔ）は真の（実際の）被写体距離に
対応するということであり、上述のようにＳ。（Ｔ）に
は２５５を対応させたのであるから（３７）式にＳ。（
Ｔ）＝２５５を代入して（３８）式を得る。一方、ドツ
トアドレス２６を示す表示関数Ｄ　Ｓ　１　（Ｔ）は表
示ドツトが１６個であるから下記の如＜　（３９）式と
なり、この（３９）式に（３８）式を代入して（４０）
式を得る。

第５図は、第１図に示す実施例の動作を説明するための
図で、第２図および第３図と同一部分には同一符号を付
しである。第５図において、２７は任意の合焦曲線２３
上の焦点距離情報ＺＰ□に対応する点、２８，３０，３
３．３５は焦点距離情報Ｚｐの変化量とその方向を示す
矢印、２９，３１．３４．．３６は、フォーカス位置情
報Ｓｘの移動量とその方向を示す矢印、３２は、ＺＰ４
における合焦曲線２３上の点、ＺＰ（Ｔ）はテレ位置に
おける焦点距離情報、ｚｐ　＋　ＺＰｚ＋　ＺＰ３は中
間のある焦点距離における焦点距離情報の値である。

第６図は、第１図の動作順序を示すフローチャートであ
る。尚、以下に述べる動作の説明において詳しく述べる
ので構成の説明は省略する。

さて、このように構成された本実施例の動作を、第６図
のフローチャートを中心に説明する。

まず、ワイド側からテレ側に移る倍率アップ動作を説明
すると、第１図のアップスイッチ１３が押されることに
よって駆動方向判定部１５から変倍方向の情報を含む起
動信号（ＳＴＲ）が出力され、第６図のフローチャート
は５ＴＡＲＴから起動する。「変倍方向読込み」におい
て、変倍制御部１６は倍率アップの方向であることを一
時的に記憶する。次にｒｚｐ読込み」および「Ｓｘ読込
み」において、最大繰出量演算部９がＺＰＭ８の出力（
Ｚｐ）を受けてＡ／Ｄ変換し、比例定数演算部１０がＦ
ＰＭ７の出力（Ｓｘ　）を受けてＡ／Ｄ変換し、それぞ
れ第５図に示す例えばＺＰよおよびＳｌであったとする
。つまり点２７に変倍レンズ群２が位置しているとする
。次の「表示用比例演算」では最大繰出量演算部９は（
１）式によってこのときのＦｐｘ（第５図の無限遠位置
１７より点２２ａまでの長さ）を算出し、比例定数演算
部１０は該Ｆｐｘをも受けて（３８）式によって比例定
数５Ｘ（Ｔ）を算出する。次に、「変倍レンズ駆動」で
変倍制御部１６は倍率アップの方向へ変倍モータＭｚを
回転させる。そして変倍レンズ群２が移動し、ＺＰＭ８
の出力（Ｚｐ）も矢印２８に示すように変化する。ただ
し、ＦＰＭ７はフォーカスモータＭＦが動作していない
ので第１群レンズ２ａおよび第２群レンズ２ｂの間隔は
、所定のカム動作に従って変化するが、フォーカシング
レンズ群としては、一定位置に保持されており、変倍操
作によっては変化しない。

次に、「焦点距離表示」においては、焦点距離情報ＺＰ
の現在値Ｚｐ１を図示しない焦点距離表示器に表示させ
、さらに（４０）式によって第４図の液晶の表示ドツト
２５のいずれを点灯させるかを算出し、例えばその演算
結果がＤＳ１＝１４であったとすれば表示アドレス２６
によって液晶ドツト２５ａを点灯させて被写体距離表示
も同時に行う。次の「現在位置登録」では、上述のＺｌ
’ｈをＺＰ、＝ＺＰ□として、変倍モータＭｚが回転す
る直前の焦点距離情報ＺＰを登録する。次の「Ｚｐ読込
み」では、第５図の矢印２８をもって示す方向へ変化し
はじめた焦点距離情報Ｚｐの最新の値Ｚｐ□′を読込み
、「８ステツプ以上移動？」の条件分岐で所定量以上の
移動が実行されたか否かをチェックし、８ステツプに達
していなければＮ。

に分岐する。そして次の条件分岐「変倍終端？」では（
今の場合はテレ側が変倍終端になるので）まだテレ側に
達していないのでＮｏに分岐し、「変倍スイッチＯＮ？
Ｊでは変倍スイッチ１３または１４が押されているか否
かをチェックしく今の場合、アップスイッチ１３がまだ
押されているとする）、ＹＥＳに分岐して再び「現在位
置登録」に戻り、上記ＺＰ１’　を改めテＺＰｏ　＝　
ＺＰｔ’　ト置き換えて、上述の動作を繰返す。

そして第５図のＺＰｚに至って、上記の８ステツプに達
したとすると、「８ステツプ以上移動？」からＹＥＳに
分岐し、ｒＳｘ読込み」で現在のフォーカス位置情報Ｓ
ｘ、すなわち、この場合フォーカス駆動部５は作動して
いないので５ｘ＝Ｓ（ｉ）＝８１を読込む。

本発明の要部である次の「補正演算」においては、（１
）式、（２）式および（３）式によって合焦補正演算部
１１が補正量Ｄｆｐを算出し、フォーカス制御部１２が
次の「フォーカシングレンズ駆動」においてフォーカス
モータＭｐを回転させる。従ってＦＰＭ７の出力（ＳＸ
　）は、第５図に示す矢印２９をもって示す方向に変化
する。

ただし、第５図においては説明を簡略にするため、フォ
ーカスモータＭｆの回転中には、変倍モータＭｚを停止
させているように描いであるが、この例の場合第６図の
フローチャートから分るように、フォーカスモータＭＦ
により補正動作中も変倍モータＭｚは回転を継続してい
る６さらにフォーカス制御部１２は、フォーカスカウン
タ６の出力Ｄｆｃと上記補正量Ｄｆｐとを逐時比較しＤ
ｆｃ＝Ｄｆｐとなったところで、すなわち、第５図にお
いては矢印２９が合焦曲線２３に達したところで、フォ
ーカシングモータＭｖを停止させて倍率アップ動作の１
サイクルを終了する。さらに変倍終端にも達せず、変倍
スイッチ１３が押され続けているならば、再度第５図に
おけるＺＰｚｔＳｚ　を現在位置として「現在位置登録
」に戻り、第２サイクル目、つまり矢印３０．３１の動
作が実行される。

そして、アップスイッチ１３がＯＦＦ状態になると「変
倍スイッチＯＮ？ＪからＮｏに分岐して「変倍モータ停
止」で変倍制御部１６が変倍モータＭｚを停止させ変倍
駆動部１６の動作を停止させる。そして次の「焦点距離
表示更新」では、上述したように新しい全系焦点距離ｆ
の表示が焦点距離情報Ｚｐ　　（今の場合ＺＰ３）を読
取ることによって更新され、さらにフォーカス位置情報
Ｓｘによって被写体距離表示も更新するが、上記Ｓｘが
合焦曲線２３上にある限りは、ＺＰ（Ｔ）は勿論、ＺＰ
１〜　ＺＰ４のいずれの位置においても上述の表示ドツ
ト２５ａが点灯し続ける。以上が倍率アップ動作である
。

テレ側からワイド側に移る倍率ダウン動作も上記倍率ア
ップ動作とほぼ同様に考えることができるので簡単に説
明する。

ダウンスイッチ１４が押されることによって、例えば第
５図において点３２に変倍レンズ群２が位置していたと
すると、この点３２から起動され、矢印３３の方向に変
倍駆動部４が駆動され、次に所定の８ステツプに達する
と、矢印３４をもって示す方向にフォーカス駆動部５が
駆動され、これらを１サイクルとして次の矢印３５．３
６に示す２サイクル目が実行され、ダウンスイッチ１４
がＯＦＦ状態になったところで倍率ダウン動作が終了す
る。

以上のように、本実施例は、従来のズームレンズにおけ
る上記等量移動の条件を外し、各被写体距離における合
焦位置の変化が（２６）式となるように構成したから、
すなわち、第２図に示す合焦曲線］７〜２２となるよう
に構成したから、ワイド側でのフォーカシングレンズ群
２ａ　、２ｂの移動量が不必要に大きくならない利点が
ある。従って５レンズ外径を極力小さくできる利点があ
る。

しかも見かけ上（使用上）は、従来のズームレンズと同
様に一旦合焦せしめた後、変倍操作を行なってもピント
移動（ボケ）が発生しない利点がある。

また、上記等量移動の条件を外したために発生する変倍
操作による被写体距離目盛の変化を（３８）式の比例演
算によって補正するので、一度ピント調整した後は変倍
操作によって被写体距離表示が変化せず、この点におい
ても従来のズームレンズの使用感に比べ何ら遜色がない
。

＝３９− また、第６図のフローチャートにおける被写体距離表示
の補正を行なう「表示用比例演算」とフォーカシングの
補正を行なう「補正演算」では、（１）式が共用でき、
またそれぞれの比例定数を求める（２９）式および（３
８）式も係数が異なるものの同様の演算式であり、つま
り同様の演算内容によってフォーカシングと被写体距離
表示の両方の補正ができるという利点がある。

また、フロントフォーカシング方式における（１８）式
に対応する演算式としては、ｇｓ　”Ｃｙ、−ｆ　　　
　　　　　　　　　（４１）によってインナーフォーカ
シング方式においても本実施例が適用でき、さらにリア
フォーカシング方式においてもインナーフォーカシング
方式における関数ｇ、に相当する関数を決定することに
よって本実施例が適用できる。従って１本実施例は、フ
ォーカシング方式の種類に依存しない利点があり、また
上記等量移動の条件がないことから、特にインナーフォ
ーカシング方式およびリアフォーカシング方式に適用し
た場合、レンズ設計（構成）が非常に簡略化できる利点
がある。

また、従来のカムによる機械的な合焦の補正を電気的に
行なうので、また上述のようにレンズ外径を極力小さく
でき、鏡胴構成も簡略化でき、従ってフォーカシングレ
ンズ群を駆動するモータが小容量のもので足り、装置全
体の小型化、軽量化、低コスト化が実現できる利点があ
る。特にカメラと本装置を連動させて用いる場合には、
カメラのＡＦ用回路が共用できるので、さらにコストを
低下させることができる利点がある。

尚、本発明は、上述の実施例に限定されることなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施がで
きるものである。

例えば、第６図フローチャートにおける「８ステツプ以
上移動？Ｊは、８ステツプに限ることなく、４ステツプ
あるいは６ステツプ等、設計上適切なステップ数であれ
ば任意でよい。また、所定ステップ毎に変倍レンズ移動
量をチェックすることなく、所定時間間隔毎に上記チェ
ックを行なうように構成してもよい。

また、（１）式をテーラ−展開した形式の演算式Ｆｐｘ
＝　ａｏ＋　ａ、Ｚｐ＋　ａ、Ｚｐ”−＝にしてもよく
、これは、（２８）、（３８）式にも同様である。ここ
で、ａ、、ａ工、Ｃ２，・・・・・・は、設計時に定め
られる設定定数である。

また、一般にテレ側とワイド側のストップ位置において
、ズームカムとストップ部材の圧力角、即ちストップ強
度の問題から（１）式のような演算式ではテレ側、ワイ
ド側では近似できない場合が発生する。その場合には、
ＺＰのゾーンを３ゾーンにわけ、それぞれにゾーン分け
して、近似式を作ることにより、行なうことができる。

また、（１）式等も演算に限らすＣＰＵ、ＲＯＭ内にそ
のデータを記憶させておくこともできる。

また、表示ドツト２５の点灯は、１個に限ることなく、
例えば全系焦点距離ｆによってｆ＝３５〜４９ｔｎの範
囲では２ドツトの点灯とし、ｆ＝５０〜１３５ｍｍの範
囲においては１ドツトの点灯としてもよい。このように
ワイド側のある範囲で２ドツトの点灯とすることにより
、分解能の低さと表示の粗さとを対応させることができ
る。

また、第６図に示すフローチャートの「焦点距離表示」
および「焦点距離表示更新」においては、被写体距離の
表示および表示の更新をあわせて実行することなく、上
述したように第５図および第６図に示す動作において被
写体距離の表示は結果的に変化しないので、上記被写体
距離の表示および表示の更新の動作は省略してもよい。

また、補正量Ｄｆｐは、（３３）式に限ることなく、下
記に示す（４２）式によって求めてもよい。

尚、先にも述べたが、ここでＺｐ（ｉ）およびＳ　（ｉ
）は変倍操作直前の焦点距離情報ＺＰおよびフォーカス
位置情報Ｓｘであり、Ｚｐ（ｅ）は補正時の焦点距離情
報ＺＰであり、ｃｏおよびＣ１は上述の設定定数である
。

（ｅ）　　効果以上詳しく説明したように、本発明によれば、レンズ光
学系自体非常に簡素な構成で、小型、軽量かつ安価であ
ると共に、レンズ制御装置全体も同様に小型軽量でかつ
安価でありながら、変倍レンズ群を任意の第１の焦点距
離から第２の焦点距離へ移動させて全系の焦点距離を更
新させてもバリフォーカルレンズ特有の結像位置ずれを
瞬時に補正し合焦状態を実質１常に保持し得るバリフォ
ーカルレンズ制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るバリフォーカルレンズ制御装置
の一実施例の全体構成を示すブロック図、第２図は、第
１図に示した本発明装置の特性を示すグラフで、設定す
べき全系焦点距離ｆと被写体距離りに対応したフォーカ
シングレンズ群の繰出量Ｓｘとの関係を各被写体距離毎
に示した線図、第３図は、本発明の要部である合焦補正
演算部の演算の原理を説明するための第２図の一部を省
略した線図、第４図は、被写体距離表示器の構成を概念
的に示す図、第５図は、第１図に示す実施例の動作を説
明するための線図、第６図は、第１図に示す実施例の動
作順序を示すフローチャート、第７図および第８図は、
従来のフォーカシング方式の理論を説明するためのもの
で、第７図は、フロントフォーカシング方式の変倍光学
系の構成を模式的に示す線図、第８図は、インナーフォ
ーカシング方式の変倍光学系の構成を模式的に示す線図
である。１・・・・・・光軸、　　２・・・・・・変倍レンズ群
、２ａ〜２ｃ・・・・・・第１群〜第５群、３・・・・
・・フィルム面、　　４・・・・・・変倍駆動部、５・
・・・・・フォーカス駆動部、６・・・・・・フォーカスカウンタ７・・・・・・合群レンズ群位置検出器（ＦＰＭ）、８
・・・・・・焦点距離検出器（ＺＰＭ）、９・・・・・
・最大繰出量演算部、１０・・・・・・比例定数演算部１１・・・・・・合焦補正演算部、１２・・・・・・フォーカス制御部、１３・・・・・・倍率アップスイッチ（アップスイッチ
）、１４・・・・・・倍率ダウンスイッチ（ダウンスイ
ッチ）、１５・・・・・・駆動方向判定部、１６・・・・・・変倍制御部、Ｍｚ・・・・・・変倍モータ、ＭＰ・・・・・・フォーカスモータ、＋Ｖ・・・・・・電源。二１、鷹 Δ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１ト　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　マさ１ト　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　じ１ト【ｉさ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同一光軸上に配設された変倍レンズ群および合焦
レンズ群からなる変倍光学系の該合焦レンズ群を至近距
離から無限遠距離に至る被写体距離に対応する上記光軸
上の至近位置から無限遠位置までの間の合焦位置に設定
した後、上記変倍レンズ群により上記変倍光学系の全系
焦点距離を最短焦点距離と最長焦点距離との間の任意の
第１の焦点距離から第２の焦点距離へ更新させることに
伴い同一被写体に対し結像位置ずれを生ずるバリフォー
カルレンズにおいて、上記全系焦点距離を検出する焦点
距離検出手段と、上記合焦レンズ群の上記光軸上の位置
を検出する合焦レンズ群位置検出手段と、上記焦点距離
検出手段の出力を受け当該焦点距離における上記合焦レ
ンズ群の上記無限遠位置から上記至近位置までの繰出し
量を算出する最大繰出量演算手段と、この最大繰出量演
算手段と上記合焦レンズ群位置検出手段の出力をそれぞ
れ受けてこれらの出力の比を算出する比例定数演算手段
と、この比例定数演算手段および上記最大繰出量演算手
段ならびに上記合焦レンズ群位置検出手段の出力をそれ
ぞれ受け上記全系焦点距離の更新に伴って生じる上記合
焦位置からの結像位置ずれ量を補正値として算出する合
焦補正演算手段と、上記合焦レンズ群を駆動する合焦駆
動手段と、上記合焦レンズ群の移動量に対応する信号を
発生する移動量監視手段と、この移動量監視手段および
上記合焦補正演算手段の出力をそれぞれ受けて上記合焦
レンズ群を上記合焦位置に駆動するように制御する合焦
制御手段と、上記変倍レンズ群を駆動する変倍駆動手段
と、別途設けられる起動手段からの起動信号を受けて上
記変倍駆動手段を制御する変倍制御手段とからなり、上
記変倍光学系の全系焦点距離の更新に伴う結像位置ずれ
を自動的に補正するように構成したことを特徴とするバ
リフォーカルレンズ制御装置。
（２）最大繰出量演算手段は、無限遠位置から至近位置
までの繰出量に対応する出力をＦｐｘ、焦点距離検出手
段の出力をＺｐ、変倍光学系のレンズ固有の定数をそれ
ぞれＣ＿１、Ｃ＿２、Ｃ＿３としたとき、Ｆｐｘ＝Ｃ＿２／［Ｚｐ＋Ｃ＿１］＋Ｃ＿２（１）なる
演算式による演算を実行することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のバリフォーカルレンズ制御装置。
（３）比例定数演算手段は、該変倍駆動手段の動作開始
直前の合焦レンズ群位置検出手段の出力をＳ（ｉ）、上
記比例定数演算手段の出力をＣｆｐ、上記変倍駆動手段
の動作開始直前の焦点距離検出手段の出力による最大繰
出量演算手段の出力をＦｐ（ｉ）とするとき、Ｃｆｐ＝Ｓ（ｉ）／Ｆｐ（ｉ）（２）なる演算式による演算を実行することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のバリフォーカルレンズ制御装置
。
（４）合焦補正演算手段は、変倍駆動手段の動作開始後
所定の時間間隔で、または焦点距離検出手段からの出力
の変化が所定量に達した時点で第２回目以後の演算、す
なわち上記合焦補正演算手段の出力をＤｆｐ、比例定数
演算手段の出力をＣｆｐ、補正をすべき時点での焦点距
離検出手段の出力をＺｐ（ｅ）、上記動作開始直前の時
点での合焦レンズ位置検出手段の出力をＳ（ｉ）、変倍
光学系のレンズ固有の定数をそれぞれＣ＿１、Ｃ＿２、
Ｃ＿３とするとき、Ｄｆｐ＝Ｃｆｐ（Ｃ＿２／［Ｚｐ（ｅ）＋Ｃ＿１］＋Ｃ
＿３）−Ｓ（ｉ）（３）なる演算式による演算を実行す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のバリフ
ォーカルレンズ制御装置。
（５）合焦制御手段は、合焦補正演算手段の出力Ｄｆｐ
に基づいて合焦駆動手段を動作させ、移動量監視手段の
出力と上記出力Ｄｆｐが一致した時点で該合焦駆動手段
の動作を停止させることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のバリフォーカルレンズ制御装置。